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数学模型显示了为什么动物在夜间看到

2019-08-29 09:10:00 • 来源：

夜间和昼夜哺乳动物看到相同 - 但只是短暂的一段时间。当小鼠出生时，眼睛细胞中的染色质具有昼夜结构。日复一日，这种染色质的布局慢慢反转，让老鼠在夜间看到。这种变化如何发生是一个谜。

数学模型显示了为什么动物在夜间看到

副教授Sungrim Seirin-Lee和胡锦涛生命综合科学研究生院讲师Hiroshi Ochiai怀疑染色质正在形成核变形。“当我们开始这项研究时，我们的假设是基于数学的100%，”Seirin-Lee说。“由于我们的数学模型，我们发现核变形可能是DNA结构变化的关键点。”

如果我们能够看到细胞核内部，我们会发现染色质有不同的类型和区域。核周围的中心是常染色质，或主要活跃的DNA。另一方面，异染色质是一种位于细胞核外壳或天花板周围的DNA。与常染色质不同，异染色质的基因活化很低。

然而，在夜间和昼夜动物之间，核结构的差异变得更大 - 尤其是在视网膜周围。DNA位于夜间哺乳动物的细胞核中心。通常，异染色质保留在核膜中。然而，在夜行动物的情况下，Seirin-Lee和Ochiai发现它可以通过改变核的形状来移动。

为了描述染色质的运动，Seirin-Lee和她的同事使用了一种称为相场建模的数学模型。物理学中常用的一种方法; 相场建模可以用来做一些事情，比如从水中分辨出冰。然而，根据Seirin-Lee的说法，“它在生物科学中并不常见。在染色质动力学方面，它是世界上第一个试验。” 使用该功能，该组可以通过确定和定义细胞核的内部和外部以及常染色质与异染色质来观察染色质和细胞核的运动。

当小组在小鼠的眼睛中观察到异染色质时，他们发现条件结构触发了动态变形，从而导致了倒置的核结构。在倒置结构的情况下，去除了两种蛋白质，这允许异染色质移动。

然后，在Ochiai的帮助下，他们将模型用于模拟视网膜细胞的神经干细胞的测试。用蛋白质处理细胞后，在核周边保留异染色质，停止变形。染色质聚集增加，核结构无法完成反转。这一发现与李的数学建模一致。

最终，Seirin-Lee和她的同事想知道他们的发现是否对哺乳动物细胞具有普遍性。“在这个阶段，我们认为它只是老鼠的眼睛，”Seirin-Lee说，“但我们不知道。也许人类可以通过动态核变形来拥有这样的结构。” 接下来，Seirin-Lee正在寻求解决中间结构，或者是核的传统和倒置结构之间的一种混合。

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